محاسبه و طراحي ابعاد سيلندر

براي شروع طراحي يك موتور فرضيات اساسي را در چند گروه بايد طبقه بندي كرد. فرض اول بدست آوردن كورس و قطر سيلندر است. حجم جابجايي كل موتور اولين عددي است كه بايد بدست آورد. عموما حجم جابجايي كل موتور و تعداد سيلندرها عددي است كه قبلا تعيين شده و طراح از اين پس محاسبات بعدي را بايد انجام دهد. (براي صرفه جويي در وقت نحوه محاسبه حجم جابجايي و برخي از فرضهي اوليه ناديده گرفته می‌شود تا موضوع سريعتر دنبال شود.) پس اولين گام محاسبه حجم جابجايي يك سيلندر خواهد بود.

تعداد سيلندر/حجم جابجايي كل = حجم جابجايي يك سيلندر

با اين فرمول حجم جابجايي يك سيلندر محاسبه مي شود. با معلوم شدن حجم جابجايي يك سيلندر نوبت به محاسبه كورس و قطر سيلندر مي رسد. طبق فرمول ديگري حجم جابجايي سيلندر عبارت است از حاصلضرب مساحت پيستون در كورس جابجايي آن. يعني:

مساحت پيستون × كورس جابجايي پيستون = حجم جابجايي يك سيلندر

ولي در فرمول فوق هردو مقدار كورس جابجايي پيستون و مساحت پيستون مجهول مي باشد. فرض اول اين است كه سيلندر مربعي فرض شده و قطر سيلندر با كورس آن مساوي فرض می‌شود. در اينصورت:

۴ / قطر پيستون × قطر پيستون × ۱۴/۳= مساحت پيستون

۴ / كورس × كورس × كورس × ۱۴/۳= حجم جابجايي سيلندر

به اين ترتيب قطر و كورس سيلندر معلوم مي شود. اما اين مقدار نهايي نيست و بايد با فرمول ديگري محك زده شود. اين فرمول سرعت متوسط پيستون است. سرعت متوسط پيستون عبارت است از كل مسافت پيموده شده در حركت رفت و برگشت پيستون در واحد زمان. هر يك از پيستونهي موتور در هر دور گردش ميل‌لنگ يكبار حركت رفت و برگشت انجام داده و به عبارتي دو برابر طول كورس را طي می‌كند. اگر موتور در هر دقيقه N دور گردش كند سرعت متوسط پيستون برابر است با:

30 / N × كورس= سرعت متوسط پيستون

سرعت متوسط پيستون يكي از مهمترين محدوديتهايي است كه براي طراحي موتور بايد درنظر گرفته شود. اين مشخصه عامل تعيين سرعت دوراني ماكزيمم موتور است. موتوري كه با حداكثر سرعت ۶۰۰۰ دور بايد كاركند، از كورس پيستون كمتري برخوردار است. زيرا با محدود فرض كردن سرعت متوسط پيستون، براي افزايش حداكثر سرعت بايد كورس را كاهش داد. سرعت متوسط پيستون با توجه به تكنولوژي روز تا مرز ۱۸ متر بر ثانيه نيز افزايش پيدا كرده است ولي در موتور خودروها مقدار آن حداكثر ۱۶ متر بر ثانيه درنظر گرفته می‌شود تا اشكالي براي موتور طراحي شده بوجود نيايد. پس با درنظر گرفتن حداكثر سرعت متوسط پيستون و حداكثر سرعت دوراني موتور، حداكثر مقدار مجاز كورس جابجايي پيستون نيز محاسبه مي شود. در اين صورت اگر مقدار محاسبه شده براي كورس پيستون براساس حجم جابجايي بيشتر از مقدار مجاز آن باشد بايد تا حد مجاز كم شود. در اينصورت بايد كورس و قطر پيستون مجددا محاسبه شود. ضمنا نسبت كورس به قطر در موتور عددي ما بين ۹/۰ و ۲/۱ درنظر گرفته می‌شود تا موتور ابعاد متناسبي داشته باشد. فرض اوليه مقدار يك است. براساس تجربه هرچه موتور حجم جابجايي بيشتر داده باشد بايد از کورس کمتري برخوردار باشد و درنتيجه نسبت کورس به قطر در آن کمتر از يک است، ولي در موتور با حجم جابجايي کم اين مقدار بزرگتر از يک بدست می‌آيد.